JPH09145630A - 異物検査方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、表面粗さの大きい被検査体上でも確
実に微小な異物を検出する。 【解決手段】半導体ウエハ４に対して所定の入射角でＳ
偏光成分のレーザビームを照射し、半導体ウエハ４に生
じる散乱光のうちＳ偏光成分のみを選択して所定の角度
方向から受光し、この受光強度に基づいて半導体ウエハ
４表面上の異物を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
被検査体に光を照射し、このときに被検査体に生じる散
乱光の強度から半導体ウエハ上に付着したサブミクロン
オーダの微小な異物を検査する異物検査方法及びその装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような異物検査方法は、例えば半導
体ウエハの表面にレーザビームを照射し、かつこのレー
ザビームを半導体ウエハ表面の全面に走査する。このよ
うに半導体ウエハ表面上にレーザビームが照射される
と、このとき半導体ウエハ表面上に散乱光が生じ、この
散乱光を光検出器により検出する。

【０００３】そして、この光検出器により検出された散
乱光の強度から半導体ウエハ表面上に付着している異物
を検出する。このような異物検出方法では、半導体ウエ
ハ表面の金属膜上に付着している異物に対し、その大き
さが０．２μｍまでの異物を検出できるものとなってい
る。

【０００４】又、半導体ウエハに入射するレーザビーム
の偏光方向、半導体ウエハに生じる散乱光を受光する光
検出器の配置を考慮して、より微細な異物（大きさ０．
０７μｍ程度）を検出できるようにしている。

【０００５】このような異物検出方法は、例えばベアウ
エハのような表面の粗さの非常に小さい半導体ウエハ、
つまり鏡面状の半導体ウエハ表面上の異物を検出するの
に適している。

【０００６】ところが、実際の半導体の製造ライン、例
えば現在開発中の２５６ＭＤＲＡＭの製造工程でも、金
属膜のような表面粗さの大きい半導体ウエハが使用され
ており、この表面粗さの大きい半導体ウエハ上において
も大きさ０．２μｍ以下の異物を検出する必要がある。

【０００７】しかしながら、上記異物検査方法では、表
面粗さの大きい半導体ウエハ上で大きさ０．２μｍ以下
の異物を検出することは対応できないものとなってい
る。すなわち、異物の検出感度は、異物からの散乱光強
度をＳとし、半導体ウエハ表面からの散乱光強度をＮと
すると、Ｓ／Ｎ≧３が一般的に検出限界となる。

【０００８】表面粗さの大きい半導体ウエハでは、半導
体ウエハ表面からの散乱光強度Ｎが大きくなるため、検
出限界が低下し、０．２μｍ以下の異物の検出に対応で
きない。

【０００９】又、特開昭６４−３５４５号公報では、波
長が異なるＳ偏光を２つの光源からそれぞれ照射し、反
射光におけるＰ偏光成分の光量とＳ偏光成分の光量とを
検出し、その比の値に基づいて異物を検出する技術が開
示されている。同様の技術は、特開平２−２８４０４７
号公報にも開示されている。

【００１０】これらは、パターンが形成されている半導
体ウエハを対象としており、所定の規則的な凹凸を成す
パターンが形成された半導体ウエハ表面に対し、Ｓ偏光
を照射し、その際のＳ偏光の偏光状態が規則的なパター
ンにおいては保存され、乱雑な形状を呈する異物ではＰ
偏光に変化することを利用している。そのため、Ｓ偏光
とＰ偏光の比をとっている。

【００１１】しかしながら、本発明が対象とするような
表面粗さの大きな金属膜付き半導体ウエハを対象とする
場合には、上述の方式では、Ｐ偏光成分が多く検出され
てしまい、すなわち表面粗さと異物との区別が付かない
状態（Ｓ／Ｎが低い状態）となり異物の検出が極めて困
難になる。

【００１２】又、検出器を複数設けなければならないの
に加えて、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分との検出強度の比を
とる処理が必要となり、構成及び信号処理方法が複雑と
なってしまう。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上のように表面粗さ
の大きい半導体ウエハ上で大きさ０．２μｍ以下の異物
を検出する場合、半導体ウエハ表面からの散乱光強度Ｎ
が大きくなって検出限界が低下し、微小な異物を検出す
るのに対応できない。

【００１４】そこで本発明は、表面粗さの大きい被検査
体上でも確実に微小な異物を検出できる異物検出方法を
提供することを目的とする。又、本発明は、表面粗さの
大きい被検査体上でも確実に微小な異物を検出できる異
物検出装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、被検
査体に対して所定の入射角でＳ偏光成分の光を照射し、
被検査体に生じる散乱光のうちＳ偏光成分のみを選択し
て所定の角度方向から受光し、この受光強度に基づいて
被検査体表面上の異物などを検出する異物検査方法であ
る。

【００１６】請求項２によれば、被検査体表面に対して
光を走査し、被検査体に生じる散乱光を検出して被検査
体表面の異物などを検査する異物検査方法において、被
検査体表面上に走査する光のスポット形状を、被検査体
表面上の走査方向と一致する方向に長く形成した異物検
査方法である。

【００１７】請求項３によれば、Ｓ偏光成分の光を被検
査体に対して所定の入射角で照射すると共にこのＳ偏光
成分の光のスポット形状を被検査体表面上の走査方向と
一致する方向に長く形成して被検査体表面上を走査し、
かつ被検査体に生じる散乱光のうちＳ偏光成分のみを選
択して所定の角度方向から受光し、この受光強度に基づ
いて被検査体表面上の異物などを検出する異物検査方法
である。

【００１８】請求項４によれば、請求項１又は３記載の
異物検査方法において、被検査体に照射するＳ偏光成分
の光の照射角度を被検査体表面に対して２０°以下と
し、かつ被検査体に生じる散乱光のうちＳ偏光成分のみ
を、被検査体表面に対して１０°〜４０°かつ被検査体
に照射するＳ偏光成分の光の入射平面に対して１１０°
〜１５０°の角度の範囲で受光する。

【００１９】請求項５によれば、Ｓ偏光成分のみの光を
被検査体に対して所定の入射角度で照射する光照射光学
系と、この光照射光学系により光を被検査体に照射した
ときに被検査体に生じる散乱光のうちＳ偏光成分のみを
選択して所定の角度方向から受光する受光光学系と、こ
の受光光学系により検出された受光強度に基づいて被検
査体表面上の異物などを検出する異物検出手段と、を備
えた異物検査装置である。

【００２０】このような異物検査装置であれば、Ｓ偏光
成分のみの光を被検査体に対して所定の入射角度で照射
し、このときに被検査体に生じる散乱光のうちＳ偏光成
分のみを選択して所定の角度方向から受光し、この受光
強度に基づいて少なくとも被検査体表面上の異物の有無
を検出する。これにより、異物などからの散乱光強度と
被検査体からの散乱光強度との比からなる検出限界は低
下せず、表面粗さの大きい被検査体上でも確実に微小な
異物などを検出できる。

【００２１】請求項６によれば、レーザビームを出力す
るレーザ発振器と、このレーザ発振器から出力されたレ
ーザビームをＳ偏光成分のみの光とする偏光子と、この
偏光子からの光を被検査体に対して所定の入射角度でか
つスポット形状に形成して集光する集光照射光学系と、
レーザビーム及び被検査体を相対的に移動してレーザビ
ームを被検査体表面に走査する走査手段と、集光照射光
学系によりレーザビームを被検査体に照射したときに被
検査体に生じる散乱光のうちＳ偏光成分のみを選択して
所定の角度方向から受光する受光光学系と、この受光光
学系により検出された受光強度に基づいて被検査体表面
上の異物などを検出する異物検出手段と、を備えた異物
検査装置である。

【００２２】このような異物検査装置であれば、レーザ
発振器から出力されたレーザビームを偏光子に通してＳ
偏光成分のみの光とし、このＳ偏光成分のみの光をスポ
ット形状に形成して被検査体に対して所定の入射角度で
照射し、かつこのレーザビーム及び被検査体を相対的に
移動してレーザビームを被検査体表面に走査する。そし
て、レーザビームを被検査体に照射したときに被検査体
に生じる散乱光のうちＳ偏光成分のみを選択して所定の
角度方向から受光し、この受光強度に基づいて被検査体
表面上の異物などを検出する。

【００２３】請求項７によれば、被検査体表面に対して
レーザビームを走査し、被検査体に生じる散乱光を検出
して被検査体表面の異物などを検査する異物検査装置に
おいて、レーザビームを出力するレーザ発振器と、この
レーザ発振器から出力されたレーザビームを被検査体表
面上における走査方向と一致する方向に長くしたスポッ
ト形状に形成し、このレーザビームスポットを被検査体
に照射する光照射光学系と、この光照射光学系によりレ
ーザビームを被検査体に照射したときに被検査体に生じ
る散乱光を受光する受光光学系と、この受光光学系によ
り検出された受光強度に基づいて少なくとも被検査体表
面上の異物などを検出する異物検出手段と、を備えた異
物検査装置である。

【００２４】このような異物検査装置であれば、レーザ
発振器から出力されたレーザビームを被検査体表面上に
おける走査方向と一致する方向に長くしたスポット形状
に形成して被検査体に照射し、このときに被検査体に生
じる散乱光を受光し、この受光強度に基づいて少なくと
も被検査体表面上の異物などを検出する。

【００２５】請求項８によれば、Ｓ偏光成分の光を被検
査体に対して所定の入射角で照射すると共にこのＳ偏光
成分の光のスポット形状を被検査体表面上の走査方向と
一致する方向に長く形成して被検査体表面上に走査する
光照射光学系と、この光照射光学系により光を被検査体
に照射したときに被検査体に生じる散乱光のうちＳ偏光
成分のみを選択して所定の角度方向から受光する受光光
学系と、この受光光学系により検出された受光強度に基
づいて少なくとも被検査体表面上の異物などを検出する
異物検出手段と、を備えた異物検査装置である。

【００２６】このような異物検査装置であれば、Ｓ偏光
成分の光を被検査体に対して所定の入射角で照射すると
共にこのＳ偏光成分の光のスポット形状を被検査体表面
上の走査方向と一致する方向に長く形成して被検査体表
面上に走査し、このときに被検査体に生じる散乱光のう
ちＳ偏光成分のみを選択して所定の角度方向から受光
し、この受光強度に基づいて少なくとも被検査体表面上
の異物などの有無を検出する。

【００２７】請求項９によれば、請求項５、６又は８記
載の異物検査装置において、被検査体に照射するＳ偏光
成分の光の入射角度を被検査体表面に対して２０°以下
とし、かつ被検査体に生じる散乱光のうちＳ偏光成分の
みを、被検査体表面に対して１０°〜４０°かつ被検査
体に照射するＳ偏光成分の光の入射平面に対して１１０
°〜１５０°の角度の範囲で受光する。

【００２８】

【発明の実施の形態】

(1) 以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参
照して説明する。本発明の異物検査方法は、金属膜のよ
うな表面粗さの大きい半導体ウエハ等の被検査体（以
下、半導体ウエハで説明する）に対して所定の入射角で
Ｓ偏光成分の光を照射し、このときに半導体ウエハに生
じる散乱光のうちＳ偏光成分のみを選択して所定の角度
方向から受光し、この受光強度に基づいて半導体ウエハ
表面上の異物を検出するものである。

【００２９】このような方法をとると、後に実験によっ
て得たグラフによって示すように、散乱光の表面粗さに
起因するノイズ成分（Ｎ）でのＳ偏光成分の大きさと、
異物に起因する信号成分（Ｓ）でのＳ偏光成分の大きさ
とが大きく異なるので、これを利用して、表面粗さの大
きい半導体ウエハにおいても０．２μｍ以下の異物を正
確に検出できる。

【００３０】この場合、半導体ウエハに照射するＳ偏光
成分の光の照射角度ρを半導体ウエハ表面に対して２０
°以下とし、その条件下で半導体ウエハに生じる散乱光
のうちＳ偏光成分のみを、半導体ウエハ表面に対して仰
角θを１０°〜４０°かつ半導体ウエハに照射するＳ偏
光成分の光の入射平面に対して水平角φを１１０°〜１
５０°の範囲で受光するように設定されている。

【００３１】ここでは、照射角度ρは、半導体ウエハの
表面粗さの影響を少なくする角度に、又仰角θは異物に
よる散乱光をよりよく受光できる角度に設定されてお
り、特に仰角θに関しては特開平３−１２８４４５号公
報等に明らかである。

【００３２】図１はかかる異物検査方法を適用した異物
検査装置の構成図である。一軸ステージ１は、一軸方向
である矢印（イ）方向に移動自在な機能を有し、この一
軸ステージ１上には回転ステージ２が設けられている。

【００３３】この回転ステージ２には、ウエハチャック
３が備えられ、このウエハチャック３により半導体ウエ
ハ４が回転ステージ２上に固定されるようになってい
る。この半導体ウエハ４の表面は、金属膜のような表面
粗さの大きいものである。

【００３４】なお、これら一軸ステージ１及び回転ステ
ージ２により、半導体ウエハ４の全面にレーザビームを
走査する走査手段が構成される。一方、回転テーブル２
の斜め上方には、Ｓ偏光成分のみのレーザビームを半導
体ウエハ４に対して２０°以下の所定の照射角度で照射
する光照射光学系５が配置されている。

【００３５】この光照射光学系５は、波長４８８ｎｍの
レーザビームを出力するアルゴンレーザ発振器（以下、
レーザ発振器と省略する）６を備え、このレーザ発振器
６から出力されるレーザビーム光路上に偏光子７、集光
照射光学系を構成する反射ミラー８及び集光レンズ９を
配置した構成となっている。

【００３６】このうち偏光子７は、レーザ発振器６から
出力されたレーザビームをＳ偏光成分のみの光とする性
質を有している。反射ミラー８は、偏光子７を透過した
Ｓ偏光成分のみのレーザビームを半導体ウエハ４に対し
て所定の入射角度、例えば半導体ウエハ４の表面に対し
て仰角２０°の入射角になるように配置されている。

【００３７】集光レンズ９は、反射ミラー８の反射光路
上に配置され、Ｓ偏光成分のみのレーザビームを集光し
て半導体ウエハ４の表面上に小さなレーザスポット１０
を形成する機能を有している。

【００３８】又、回転ステージ２の上方には、レーザビ
ームを半導体ウエハ４に照射したときに半導体ウエハ４
に生じる散乱光のうちＳ偏光成分のみを選択して所定の
角度方向から受光する受光光学系１１が配置されてい
る。

【００３９】この受光光学系１１は、図２に示すように
レーザスポット１０の照射位置を中心として、半導体ウ
エハ４の表面に対して仰角１０°〜４０°かつ半導体ウ
エハ４に照射するＳ偏光成分の光の入射平面に対して水
平角１１０°〜１５０°の範囲で受光するように設定さ
れている。

【００４０】なお、ここでは、半導体ウエハ４の表面に
対して仰角２５°かつ半導体ウエハ４に照射するＳ偏光
成分の光の入射平面に対して水平角１３０°で受光する
ように設定されている。

【００４１】この受光光学系１１は、偏光子１２、ファ
イバプレート１３及び光電子増倍管１４から構成されて
いる。このうち偏光子１２は、レーザ照射位置を中心と
して±２０°の広がり角の散乱光を受光し、ファイバプ
レート１３を通して光電子増倍管１４に導く働きを有し
ている。

【００４２】偏光子１２は、半導体ウエハ４に生じる散
乱光のうちＳ偏光成分のみを通過させる性質を有してい
る。光電子増倍管１４は、入射した散乱光を光電変換
し、散乱光の光強度に対応した散乱光信号Ｑとして出力
する機能を有している。

【００４３】この光電子増倍管１４の出力端子は、増幅
回路１５、インタフェース回路１６を介してコンピュー
タ１７に接続されている。インタフェース回路１６は、
光電子増倍管１４から出力され増幅回路１５により増幅
された散乱光信号ＱをＡ／Ｄ変換してコンピュータ１７
に送り、かつコンピュータ１７から発せられる一軸ステ
ージ１、回転ステージ２に対する各制御信号ｓ１、ｓ２
を一軸ステージ１及び回転ステージ２に送る機能を有し
ている。

【００４４】コンピュータ１７は、一軸ステージ１、回
転ステージ２をそれぞれ動作させる各制御信号ｓ１、ｓ
２を送出する機能を有している。又、コンピュータ１７
は、光電子増倍管１４から出力された散乱光信号Ｑをイ
ンタフェース回路１６を通して取り込み、この散乱光信
号Ｑから得られる受光強度に基づいて半導体ウエハ４の
表面上の異物の有無、大きさを検出し、かつ一軸ステー
ジ１、回転ステージ２に対する制御信号ｓ１、ｓ２から
異物の位置を検出する異物検出手段としての機能を有し
ている。

【００４５】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。回転ステージ２上のウエハチャック３に
より半導体ウエハ４が、回転ステージ２上に固定され
る。

【００４６】コンピュータ１７は、回転ステージ２に対
して所定の回転速度で回転させる制御信号ｓ２を送出す
るとともに回転ステージ２が１回転するごとに一軸ステ
ージ１を一軸方向に所定のピッチだけ移動させる制御信
号ｓ１を送出する。

【００４７】これら制御信号ｓ１、ｓ２は、それぞれイ
ンタフェース回路１６を通して回転ステージ２、一軸ス
テージ１に送られる。これにより、回転ステージ２は所
定の回転速度で回転し、かつ一軸ステージ１は回転ステ
ージ２が１回転するごとに一軸方向に所定のピッチだけ
移動するという動作を繰り返す。

【００４８】一方、レーザ発振器６から波長４８８ｎｍ
のレーザビームが出力されると、このレーザビームは、
偏光子７を通過することによりＳ偏光成分のみのレーザ
ビームとなる。

【００４９】このＳ偏光成分のみのレーザビームは、反
射ミラー８で反射し、集光レンズ９により集光され、半
導体ウエハ４の表面上に小さなレーザスポット１０とし
て照射される。

【００５０】なお、レーザスポット１０は、半導体ウエ
ハ４の表面に対して照射角２０°で入射する。従って、
半導体ウエハ４が所定の回転速度で回転し、かつ半導体
ウエハ４が１回転するごとに一軸方向に所定のピッチだ
け移動するので、レーザスポット１０は、半導体ウエハ
４の表面に螺旋状に走査される。

【００５１】この半導体ウエハ４に走査されるレーザス
ポット１０内に異物があると、この異物によって散乱光
が発生する。偏光子１２は、散乱光のうちＳ偏光成分の
みを通過させてファイバプレート１３に導く。このファ
イバプレート１３は、半導体ウエハ４の表面上に発生し
た散乱光の特定部分を広がり角±２０°でもって選択的
に集光し、光電子増倍管１４に導く。

【００５２】そして、光電子増倍管１４は、ファイバプ
レート１３を通過したＳ偏光成分の散乱光を光電変換
し、散乱光の光強度に対応した散乱光信号Ｑとして出力
する。この散乱光信号Ｑは、増幅回路１５で増幅され、
インタフェース回路１６でＡ／Ｄ変換されてコンピュー
タ１７に送られる。

【００５３】このコンピュータ１７は、ディジタルの散
乱光信号Ｑを取り込み、この散乱光信号Ｑから得られる
受光強度に基づいて半導体ウエハ４の表面上の異物の有
無、大きさを検出し、かつ一軸ステージ１、回転ステー
ジ２に対する制御信号ｓ１、ｓ２から異物の位置を検出
する。

【００５４】ところで、半導体プロセスでは、アルミニ
ウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）の膜は、ＣＶＤプロ
セスで半導体ウエハ上に形成されるが、このプロセスで
膜の表面は、ベアシリコンの半導体ウエハの表面に比べ
て大きな粗さを持つ。

【００５５】このような半導体ウエハ４の表面上の異物
を検出する場合、レーザスポット１０内に異物がないと
きでも半導体ウエハ４の表面の凹凸形状で散乱光が発生
し、この散乱光がノイズ成分（Ｎ）となる。

【００５６】異物検出では、異物による散乱光を信号成
分（Ｓ）とするので、半導体ウエハ４の表面粗さが大き
くなり、ノイズ成分（Ｎ）の散乱光が大きくなると、相
対的にＳ／Ｎが低下し、検出感度が低下する。

【００５７】ここで、図３はＡｌ膜による散乱光の特性
を示す。レーザビームの照射角θは、半導体ウエハ４の
表面に対して２０°、入射偏光はＳ偏光である。ここ
で、照射角θを２０°以下としているは、表面粗さによ
るノイズ成分（Ｎ）の発生を抑えるためである。

【００５８】この散乱光の特性は、検出側においてファ
イバプレート１３を付けない場合（従来技術）ｈ₁ 、Ｓ
偏光のみ検出の場合ｈ₂ 、Ｐ偏光のみ検出の場合ｈ₃ の
３つの場合を示している。

【００５９】この散乱光の特性から分かるように散乱光
（Ｎ）の最も小さい条件は、Ｓ偏光のみ検出の場合ｈ₂
の側方散乱光（水平角φが１３０°付近）検出である。
このように散乱光（Ｎ）の最も小さくなる条件がＳ偏光
のみの検出の場合ｈ₂となることは、Ａｌ膜の膜厚が変
化しても、又材質がタングステンに変わっても同一であ
ることが分かっている。

【００６０】一方、図４は、例としてＡｌ膜上での０．
２μｍ径の異物による散乱光の特性を示す。この散乱光
の特性は、上記図３に示す特性同様に、半導体ウエハ４
の表面に対するレーザビームの照射角ρを２０°とし、
Ｓ偏光の入射偏光で実験を行った結果を表しており、検
出側においてファイバプレート１３を付けない場合であ
るｈ₁ 、Ｓ偏光のみ検出の場合であるｈ₂ 、Ｐ偏光のみ
検出の場合であるｈ₃ の３つの場合を示している。

【００６１】この散乱光の特性から散乱光（Ｓ）の最も
大きくなる条件は、ファイバプレート１３なしとＳ偏光
のみ検出の場合であるｈ₂ の側方散乱光検出の場合とな
る。図５は、図３及び図４から得られるＳ／Ｎ特性を示
す。

【００６２】このＳ／Ｎ特性に示すようにＳ偏光のみの
場合であるｈ₂ の条件が全般的にＳ／Ｎが高く、特に水
平角φが１３０°の条件が最もよい結果を示している。
従って、Ｓ偏光のレーザビームを半導体ウエハ４に入射
し、半導体ウエハ４に生じる散乱光のＳ偏光のみを検出
することで、従来技術よりもＳ／Ｎが高く、表面粗さが
大きい膜でも０．２μｍ以下の異物の検出が可能とな
る。

【００６３】図６は入射偏光と検出偏光を変えた際の
０．２μｍのゴミの異物に対する検出感度の評価のまと
めを示す。この検出感度評価は、膜の散乱に影響を与え
るパラメータにはレーザビームの入射角度、偏光の種
類、膜の種類、膜厚があるので、これらパラメータによ
る散乱特性を実験的に求めて膜の散乱光を小さくする条
件を見出だし、この膜の散乱光強度が小さくなる条件で
粒径０．２μｍのゴミの検出感度を評価したものであ
る。

【００６４】この評価結果に示すようにレーザビームの
照射角φが２０°の場合では入射偏光Ｓ、検出偏光Ｓの
ときに、膜の散乱光強度（すなわち散乱光（Ｎ））が最
も弱くなり、Ｓ／Ｎが向上する。

【００６５】又、膜の種類や厚さが変化しても膜の散乱
光の空間分布は、変わらないことが分かっているので、
膜の種類や厚さが変わっても、ほぼ同様の結果が得られ
る。膜の散乱光強度が最も弱くなる条件で０．２μｍの
ゴミの検出の結果、従来（入射偏光Ｓ、検出偏光は無偏
光）に比べてＳ／Ｎが２倍となることが分かる。

【００６６】このように上記第１の実施の形態において
は、半導体ウエハ４に対して所定の入射角でＳ偏光成分
のレーザビームを照射し、半導体ウエハ４に生じる散乱
光のうちＳ偏光成分のみを選択して所定の角度方向から
受光し、この受光強度に基づいて半導体ウエハ４表面上
の異物を検出するようにしたので、実際の半導体の製造
ライン、例えば現在開発中の２５６ＭＤＲＡＭの製造工
程において、金属膜のような表面粗さの大きい半導体ウ
エハが使用されているが、この表面粗さの大きい半導体
ウエハ上においても大きさ０．２μｍ以下の異物を検出
することができる。

【００６７】なお、上記第１の実施の形態は、次の通り
変形してもよい。例えば、半導体ウエハ４に入射するレ
ーザビームの入射偏光をＳ偏光にするには、ファイバプ
レート１３を用いずに、直線偏光出力レーザビームを使
用し、偏光面を合わせるように向きを合わせればよい。

【００６８】又、走査ステージとしては、一軸ステージ
１に代わり、ＸＹ直交方式のステージを用いてもよい。
半導体ウエハ４に生じる散乱光の集光は、偏光子１３の
代わりに光学レンズ系を用いてもよい。

【００６９】被検査体は、半導体ウエハ４に限らず、板
状の物体であれば適用できる。 (2) 次に本発明の第２の実施の形態について図面を参照
して説明する。本発明の異物検査方法は、金属膜のよう
な表面粗さの大きい半導体ウエハ等の被検査体（以下、
半導体ウエハで説明する）に対してレーザビームを走査
し、このとき半導体ウエハに生じる散乱光を検出して半
導体ウエハ表面の異物を検査する異物検査方法におい
て、半導体ウエハ表面上に走査するレーザビームのスポ
ット形状を、半導体ウエハ表面上の走査方向と一致する
方向を長く形成したものである。

【００７０】図７はかかる異物検査方法を適用した異物
検査装置の構成図である。Ｘステージ２０及びＹステー
ジ２１上には、ウエハチャック２３が備えられ、このウ
エハチャック３により半導体ウエハ４が固定されるよう
になっている。

【００７１】この半導体ウエハ４は、金属膜のような表
面粗さの大きいものである。なお、これらＸＹ軸ステー
ジ２０、２１により、半導体ウエハ４の全面にレーザビ
ームを走査する走査手段が構成される。

【００７２】一方、回転テーブル２２の斜め上方には、
レーザビームを出力するレーザ発振器２４、及び光照射
光学系２５が配置されている。このうち光照射光学系２
５は、レーザ発振器２４から出力されたレーザビームを
半導体ウエハ４の表面上における走査方向と一致する方
向に長くしたスポット形状、例えば楕円形状のレーザビ
ームスポットに形成し、このレーザビームスポットを半
導体ウエハ４に照射する機能を有するもので、アナモル
フィックエキスパンダ２６、反射ミラー２７及び集光レ
ンズ２８から構成されている。

【００７３】このうちアナモルフィックエキスパンダ２
６は、レーザ発振器２４から出力されたレーザビームを
楕円形状のレーザビームに変形する機能を有している。
反射ミラー２７は、アナモルフィックエキスパンダ２６
を透過した楕円形状のレーザビームを半導体ウエハ４に
対して所定の入射角になるように配置されている。

【００７４】集光レンズ２８は、反射ミラー２７の反射
光路上に配置され、楕円形状のレーザビームを集光して
半導体ウエハ４の表面上に小さなレーザスポット２９を
形成する機能を有している。

【００７５】又、Ｘステージ２０及びＹステージ２１の
上方には、レーザビームを半導体ウエハ４に照射したと
きに半導体ウエハ４に生じる散乱光を所定の角度方向か
ら受光する受光光学系３０が配置されている。

【００７６】この受光光学系３０は、光ファイバ３１及
び光電子像倍管３２から構成されている。このうち光電
子像倍管３２は、光ファイバ３１を通して受光した散乱
光を光電変換・増幅し、その電気信号（散乱光信号Ｑ）
を出力する機能を有している。

【００７７】この光電子像倍管３２の出力端子には、ア
ンプ回路３３を介してコンピュータ３４が接続されてい
る。このコンピュータ３４は、ＸＹステージ２０、２１
をそれぞれ動作制御する機能を有している。

【００７８】又、コンピュータ３４は、光電子像倍管３
２から出力された散乱光信号Ｑをアンプ回路３３を通し
て取り込み、この散乱光信号Ｑから得られる受光強度に
基づいて半導体ウエハ４の表面上の異物の有無、大きさ
を検出し、かつＸＹステージ２０、２１及び回転ステー
ジ２２に対する制御位置から異物の位置を検出する異物
検出手段としての機能を有している。

【００７９】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。回転ステージ２２上のウエハチャック２
３により半導体ウエハ４が、回転ステージ２上に固定さ
れる。

【００８０】コンピュータ３４は、Ｘステージ２０を半
導体ウエハ４の両端間に相当する距離だけ定速で移動制
御し、かつこのＸステージ２０に対する一定速移動ごと
にＹステージ２１を楕円形状のレーザビームスポット２
９の所定の距離だけステップ移動制御することを繰り返
す。

【００８１】一方、レーザ発振器２４からレーザビーム
が出力されると、このレーザビームは、アナモルフィッ
クエキスパンダ２６により楕円形状のレーザビームに変
形される。

【００８２】この楕円形状のレーザビームは、反射ミラ
ー２７で反射し、集光レンズ２８により集光され、半導
体ウエハ４の表面上に小さなレーザスポット２９として
照射される。

【００８３】従って、レーザスポット２９は、半導体ウ
エハ４上に、Ｘ軸方向に定速で走査され、かつこのＸ軸
方向の定速走査ごとにＹ軸方向にレーザスポット２９の
所定の距離だけステップ移動され、この走査つまりベク
トル走査が繰り返えされて半導体ウエハ４の全面に走査
される。

【００８４】この半導体ウエハ４に走査されるレーザス
ポット２９内に異物があると、この異物によって散乱光
が発生する。光ファイバ３１は、半導体ウエハ４の表面
上に発生した散乱光を光電子像倍管３２に導く。

【００８５】この光電子像倍管３２は、光ファイバ３１
により導かれた散乱光を受光し、光電変換・増幅してそ
の散乱光信号Ｑとして出力する。この散乱光信号Ｑは、
アンプ回路３３を通してコンピュータ３４に送られる。

【００８６】ここで、図８は半導体ウエハ４として例え
ば表面粗さの非常に小さいベアウエハ上に異物がある場
合の散乱光信号Ｑの信号波形を示す。この場合、ノイズ
成分Ｎ_A は、検出器として使用している光電子像倍管３
２のショットノイズによる。このノイズ成分Ｎ_A の値
は、照射するレーザビームのパワーをＰとすると、

【００８７】

【数１】 の関係がある。ΔＢは電気系の周波数帯域である。

【００８８】一方、図９はＡｌ等の表面粗さの大きい膜
が付いた半導体ウエハ４上に異物がある場合の信号波形
を示す。この場合、ノイズ成分Ｎ_B は、表面粗さが半導
体ウエハ４の場所によりばらついていることにより生じ
る。

【００８９】レーザビームを半導体ウエハ４表面上に照
射した場合、半導体ウエハ４の表面粗さの大きさに比例
した散乱光が生じる。その状態でレーザスポット２９が
半導体ウエハ４表面上を走査すると、半導体ウエハ４の
表面粗さがばらついているので、散乱光の強さが変動す
る。この散乱光の強さが変動がＮ_B となる。

【００９０】ここで、散乱光の強さの変動Ｎ_B を図１０
に示すモデルを用いて計算する。パワーＰのレーザスポ
ット２９、例えばＸ軸方向Ｄ₁ 、Ｙ軸方向Ｄ₂ のスポッ
ト形状のレーザスポット２９が半導体ウエハ４の表面上
をＡ状態からＢ状態のように移動したとする。

【００９１】この半導体ウエハ４の表面は、単位面積当
たりの粗さの大きさを表すパラメータがＲ₁ 、Ｒ₂ に分
かれて形成されているとする。Ａ状態において半導体ウ
エハ４の表面による散乱光の強さＩ_A は、

【００９２】

【数２】 となる。又、Ｂ状態において半導体ウエハ４の表面によ
る散乱光の強さＩ_B は、

【００９３】

【数３】 となる。

【００９４】散乱光の強さの変動Ｎ_B は Ｎ_B ＝Ｉ_A −Ｉ_B …(4) であるので、

【００９５】

【数４】 となる。これはＡｌのノイズ成分Ｎ_B は、（レーザパワ
ーＰ）／（走査方向のレーザスポット径Ｄ₁ ）に比例す
ることを示している。すなわち、

【００９６】

【数５】

【００９７】なお、Ａｌの場合もショットノイズ成分を
含んでいるが、ノイズ成分Ｎ_B と比較すると無視でき
る。ところで、異物による散乱光の強度Ｉ_s は、

【００９８】

【数６】 により表される。すなわち、レーザスポット２９のパワ
ー密度に比例する。この異物による散乱光の強度Ｉ_s を
信号成分としてＳ／Ｎを求めると、ベアウエハの場合、

【００９９】

【数７】 となる。

【０１００】従って、Ｓ／Ｎを向上するには、レーザビ
ームのパワーを大きくすること、レーザスポット２９を
小さくすればよいことが分かる。一方、Ａｌの場合、Ｓ
／Ｎは、

【０１０１】

【数８】 となり、レーザビームの走査方向と垂直なスポット径Ｄ
₂ を小さくすることで、Ｓ／Ｎが向上することが分か
る。

【０１０２】又、レーザパワーＰと走査方向に平行なス
ポット径Ｄ₁ は、Ｓ／Ｎに無関係であることが分かる。
ところで、異物検査では、Ｓ／Ｎが良い（検出感度が高
い）と共に検査時間が短い必要がある。Ｓ／Ｎを良くす
るためには上記式(9) からスポット径Ｄ₂ を小さくする
と、検査時間が長くなってしまう。

【０１０３】そこで、Ｓ／Ｎは、レーザパワーＰと走査
方向に平行なスポット径Ｄ₁ に無関係であることから、
このスポット径Ｄ₁ を大きくし、走査速度を速くすれ
ば、検査時間が短く、かつＳ／Ｎが良くなる。

【０１０４】なお、レーザビームの走査速度を速くする
と、高い周波数帯域が必要となるが、上記式(9) からＳ
／Ｎは周波数帯域には無関係であるので問題ない。従っ
て、コンピュータ３４は、光電子像倍管３２から出力さ
れた散乱光信号Ｑをアンプ回路３３を通して取り込み、
この散乱光信号Ｑから得られる受光強度に基づいて半導
体ウエハ４の表面上の異物の有無、大きさを検出し、か
つＸＹステージ２０、２１及び回転ステージ２２に対す
る制御位置から異物の位置を検出する。

【０１０５】このように上記第２の実施の形態において
は、半導体ウエハ４の表面に対してレーザビームを走査
し、このとき半導体ウエハ４に生じる散乱光を検出して
半導体ウエハ４の表面の異物を検査する場合、半導体ウ
エハ４の表面上に走査するレーザビームのスポット形状
を、半導体ウエハ４の表面上の走査方向と一致する方向
を長く形成したので、半導体ウエハ４の表面からの散乱
光の強さＮが小さくなってＳ／Ｎが高くなり、検出限界
が向上し、上記第１の実施の形態と同様に、実際の半導
体の製造ライン、例えば現在開発中の２５６ＭＤＲＡＭ
の製造工程における金属膜のような表面粗さの大きい半
導体ウエハ上においても大きさ０．２μｍ以下の異物を
検出することができる。

【０１０６】なお、上記第２の実施の形態は、次の通り
変形してもよい。例えば、レーザビームのスポット形状
を楕円形状にするのに、アナモルフィックエキスパンダ
２６に限らず、シリンドリカルレンズを用いてもよい。

【０１０７】又、レーザスポット２９の走査は、ＸＹス
テージ２０、２１を用いたベクトル走査としたが、回転
ステージと一軸ステージとを用いた螺旋状走査としても
よい。この場合、レーザスポット２９の長径は、回軸方
向となる。

【０１０８】又、レーザスポット２９の走査は、ポリゴ
ンスキャナと一軸ステージとを用いたラスター走査とし
てもよく、この場合、長軸はポリゴンスキャナによる走
査方向となる。

【０１０９】又、半導体ウエハ４に生じる散乱光は、光
ファイバ３１でなく、集光レンズを用いて光電子像倍管
３２に導いてもよい。 (3) 次に本発明の第３の実施の形態について図面を参照
して説明する。

【０１１０】本発明の異物検査方法は、Ｓ偏光成分のレ
ーザビームを半導体ウエハ４に対して所定の入射角で照
射すると共にこのＳ偏光成分の光のスポット形状を半導
体ウエハ４の表面上の走査方向と一致する方向に長く形
成して、半導体ウエハ４の表面上を走査し、かつこのと
きに半導体ウエハ４に生じる散乱光のうちＳ偏光成分の
みを選択して所定の角度方向から受光し、この受光強度
に基づいて半導体ウエハ４の表面上の異物を検出するも
のである。

【０１１１】この場合、半導体ウエハ４に照射するＳ偏
光成分のレーザビームの入射角度を半導体ウエハ４の表
面に対して２０°以下とし、その条件下で半導体ウエハ
４に生じる散乱光のうちＳ偏光成分のみを、半導体ウエ
ハ４の表面に対して仰角１０°〜４０°かつ半導体ウエ
ハ４に照射するＳ偏光成分の光の入射平面に対して水平
角１１０°〜１５０°の範囲で受光するものとなってい
る。

【０１１２】図１１はかかる異物検査方法を適用した異
物検査装置の構成図である。なお、図１と同一部分には
同一符号を付してその詳しい説明は省略する。波長４８
８ｎｍのレーザビームを出力するアルゴンレーザ発振器
（以下、レーザ発振器と省略する）６のレーザビーム光
路上には、アナモルフィックエキスパンダ２６、偏光子
７、反射ミラー８及び集光レンズ９が配置されている。

【０１１３】これら光学素子は、Ｓ偏光成分のレーザビ
ームを半導体ウエハ４に対して所定の入射角で照射する
と共にこのＳ偏光成分のレーザビームのスポット形状を
半導体ウエハ４の表面上の走査方向と一致する方向に長
く形成するものである。

【０１１４】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。半導体ウエハ４は、回転ステージ２上の
ウエハチャック３に固定される。コンピュータ１７は、
回転ステージ２に対して所定の回転速度で回転させる制
御信号ｓ２を送出するとともに回転ステージ２が１回転
するごとに一軸ステージ１を一軸方向に所定のピッチだ
け移動させる制御信号ｓ１を送出する。

【０１１５】これにより、回転ステージ２は所定の回転
速度で回転し、かつ一軸ステージ１は回転ステージ２が
１回転するごとに一軸方向に所定のピッチだけ移動する
という動作を繰り返す。

【０１１６】一方、レーザ発振器６から波長４８８ｎｍ
のレーザビームが出力されると、このレーザビームは、
アナモルフィックエキスパンダ２６により楕円形状のレ
ーザビームに変形される。

【０１１７】次にレーザビームは、偏光子７を通過する
ことによりＳ偏光成分のみのレーザビームとなる。この
楕円形状でかつＳ偏光成分のみのレーザビームは、反射
ミラー８で反射し、集光レンズ９により集光され、半導
体ウエハ４の表面上に小さなレーザスポット１０として
照射される。

【０１１８】従って、半導体ウエハ４が所定の回転速度
で回転し、かつ半導体ウエハ４が１回転するごとに一軸
方向に所定のピッチだけ移動するので、レーザスポット
１０は、半導体ウエハ４の表面に螺旋状に走査される。

【０１１９】この半導体ウエハ４に走査されるレーザス
ポット１０内に異物があると、この異物によって散乱光
が発生する。偏光子１２は、散乱光のうちＳ偏光成分の
みを通過させファイバプレート１３に導く。このファイ
バプレート１３は、散乱光の特定部分を広がり角±２０
°でもって選択的に集光し、光電子増倍管１４に導く。

【０１２０】そして、光電子増倍管１４は、ファイバプ
レート１３を通過したＳ偏光成分の散乱光を光電変換
し、散乱光の光強度に対応した散乱光信号Ｑとして出力
する。コンピュータ１７は、増幅回路１５で増幅されイ
ンタフェース回路１６によりディジタル変換されたディ
ジタルの散乱光信号Ｑを取り込み、この散乱光信号Ｑか
ら得られる受光強度に基づいて半導体ウエハ４の表面上
の異物の有無、大きさを検出し、かつ一軸ステージ１、
回転ステージ２に対する制御信号ｓ１、ｓ２から異物の
位置を検出する。

【０１２１】このように上記第３の実施の形態において
は、Ｓ偏光成分のレーザビームを半導体ウエハ４に対し
て所定の入射角で照射すると共にこのＳ偏光成分の光の
スポット形状を半導体ウエハ４の表面上の走査方向と一
致する方向に長く形成して、半導体ウエハ４の表面上を
走査し、かつこのときに半導体ウエハ４に生じる散乱光
のうちＳ偏光成分のみを選択して所定の角度方向から受
光し、この受光強度に基づいて半導体ウエハ４の表面上
の異物を検出するという上記第１と第２の実施の形態を
組み合わせたものなので、上記第１及び第２の実施の形
態と同様に、実際の半導体の製造ライン、例えば現在開
発中の２５６ＭＤＲＡＭの製造工程において使用される
金属膜のような表面粗さの大きい半導体ウエハ上におい
ても大きさ０．２μｍ以下の異物を検出することができ
る。又、上記各実施の形態において、散乱光により検出
される対象は異物に限らず、傷など散乱光が得られるも
のならばよい。

【０１２２】

【発明の効果】以上詳記したように本発明の請求項１〜
４によれば、表面粗さの大きい被検査体上でも確実に微
小な異物を検出できる異物検出方法を提供できる。又、
本発明の請求項５〜１０によれば、表面粗さの大きい被
検査体上でも確実に微小な異物を検出できる異物検出装
置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる異物検査装置の第１の実施の形
態を示す構成図。

【図２】同装置における受光光学系の配置角度を示す
図。

【図３】Ａｌ膜による散乱光の特性を示す図。

【図４】Ａｌ膜上の０．２μｍ径の異物による散乱光の
特性を示す図。

【図５】散乱光検出のＳ／Ｎ特性を示す図。

【図６】０．２μｍのゴミの異物に対する検出感度の評
価を示す図。

【図７】本発明に係わる異物検査装置の第２の実施の形
態を示す構成図。

【図８】表面粗さの非常に小さいベアウエハ上の異物に
よる散乱光信号波形を示す図。

【図９】Ａｌ等の表面粗さの大きい膜が付いた半導体ウ
エハ上の異物による信号波形を示す図。

【図１０】散乱光の強さの変動Ｎ_B を計算するためのモ
デルを示す図。

【図１１】本発明に係わる異物検査装置の第３の実施の
形態を示す構成図。

【符号の説明】

１…一軸ステージ、２…回転ステージ、４…半導体ウエ
ハ、５…光照射光学系、６…レーザ発振器、７…偏光
子、８…反射ミラー、９…集光レンズ、１１…受光光学
系、１２…偏光子、１３…ファイバプレート、１４…光
電子増倍管、１７…コンピュータ、２０…Ｘステージ、
２１…Ｙステージ、２２…回転ステージ、２４…レーザ
発振器、２５…光照射光学系、２６…アナモルフィック
エキスパンダ、２７…反射ミラー、２８…集光レンズ、
３０…受光光学系、３１…光ファイバ、３２…光電子像
倍管、３４…コンピュータ。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査体に対して所定の入射角でＳ偏光
   成分の光を照射し、前記被検査体に生じる散乱光のうち
   Ｓ偏光成分のみを選択して所定の角度方向から受光し、
   この受光強度に基づいて前記被検査体表面上の異物など
   を検出することを特徴とする異物検査方法。
2. 【請求項２】 被検査体表面に対して光を走査し、前記
   被検査体に生じる散乱光を検出して前記被検査体表面の
   異物などを検査する異物検査方法において、 前記被検査体表面上に走査する前記光のスポット形状
   を、前記被検査体表面上の走査方向と一致する方向に長
   く形成したことを特徴とする異物検査方法。
3. 【請求項３】 Ｓ偏光成分の光を被検査体に対して所定
   の入射角で照射すると共にこのＳ偏光成分の光のスポッ
   ト形状を前記被検査体表面上の走査方向と一致する方向
   に長く形成して前記被検査体表面上を走査し、 かつ前記被検査体に生じる散乱光のうちＳ偏光成分のみ
   を選択して所定の角度方向から受光し、 この受光強度に基づいて前記被検査体表面上の異物など
   を検出することを特徴とする異物検査方法。
4. 【請求項４】 前記被検査体に照射するＳ偏光成分の光
   の照射角度を前記被検査体表面に対して２０°以下と
   し、かつ前記被検査体に生じる散乱光のうちＳ偏光成分
   のみを、前記被検査体表面に対して１０°〜４０°かつ
   前記被検査体に照射するＳ偏光成分の光の入射平面に対
   して１１０°〜１５０°の角度の範囲で受光することを
   特徴とする請求項１又は３記載の異物検査方法。
5. 【請求項５】 Ｓ偏光成分のみの光を被検査体に対して
   所定の入射角度で照射する光照射光学系と、 この光照射光学系により光を前記被検査体に照射したと
   きに前記被検査体に生じる散乱光のうちＳ偏光成分のみ
   を選択して所定の角度方向から受光する受光光学系と、 この受光光学系により検出された受光強度に基づいて前
   記被検査体表面上の異物などの有無を検出する異物検出
   手段と、を具備したことを特徴とする異物検査装置。
6. 【請求項６】 レーザビームを出力するレーザ発振器
   と、 このレーザ発振器から出力されたレーザビームをＳ偏光
   成分のみの光とする偏光子と、 この偏光子からの光を被検査体に対して所定の入射角度
   でかつスポット形状に形成して集光する集光照射光学系
   と、 前記レーザビーム及び前記被検査体を相対的に移動して
   前記レーザビームを前記被検査体表面に走査する走査手
   段と、 前記集光照射光学系によりレーザビームを前記被検査体
   に照射したときに前記被検査体に生じる散乱光のうちＳ
   偏光成分のみを選択して所定の角度方向から受光する受
   光光学系と、 この受光光学系により検出された受光強度に基づいて前
   記被検査体表面上の異物などを検出する異物検出手段
   と、を具備したことを特徴とする異物検査装置。
7. 【請求項７】 被検査体表面に対してレーザビームを走
   査し、前記被検査体に生じる散乱光を検出して前記被検
   査体表面の異物などを検査する異物検査装置において、 前記レーザビームを出力するレーザ発振器と、 このレーザ発振器から出力されたレーザビームを前記被
   検査体表面上における走査方向と一致する方向に長くし
   たスポット形状に形成し、このレーザビームスポットを
   前記被検査体に照射する光照射光学系と、 この光照射光学系によりレーザビームを前記被検査体に
   照射したときに前記被検査体に生じる散乱光を受光する
   受光光学系と、 この受光光学系により検出された受光強度に基づいて少
   なくとも前記被検査体表面上の異物などを検出する異物
   検出手段と、を具備したことを特徴とする異物検査装
   置。
8. 【請求項８】 Ｓ偏光成分の光を被検査体に対して所定
   の入射角で照射すると共にこのＳ偏光成分の光のスポッ
   ト形状を前記被検査体表面上の走査方向と一致する方向
   に長く形成して前記被検査体表面上に走査する光照射光
   学系と、 この光照射光学系により光を前記被検査体に照射したと
   きに前記被検査体に生じる散乱光のうちＳ偏光成分のみ
   を選択して所定の角度方向から受光する受光光学系と、 この受光光学系により検出された受光強度に基づいて少
   なくとも前記被検査体表面上の異物などを検出する異物
   検出手段と、を具備したことを特徴とする異物検査装
   置。
9. 【請求項９】 前記被検査体に照射するＳ偏光成分の光
   の入射角度を前記被検査体表面に対して２０°以下と
   し、かつ前記被検査体に生じる散乱光のうちＳ偏光成分
   のみを、前記被検査体表面に対して１０°〜４０°かつ
   前記被検査体に照射するＳ偏光成分の光の入射平面に対
   して１１０°〜１５０°の角度の範囲で受光することを
   特徴とする請求項５、６又は８記載の異物検査装置。